一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，所述传感器包括传感系统和凹形托盘，所述传感系统包括T型杆体(1)、光纤光栅测力环(4)、光纤Bragg光栅(5)和光纤(6)，其中，T型杆体(1)穿入光纤光栅测力环(4)和凹形托盘(3)，光纤光栅测力环(4)置于凹形托盘(3)的凹槽内，凹形托盘(3)经螺母和螺孔紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅(5)贴于光纤光栅测力环(4)上，光纤Bragg光栅(5)通过光纤(6)引出。本实用新型专利技术提供的传感器具有凹形托盘结构，可以在测试被测物所受应力应变的同时，对光纤光栅测力环进行锁止保护，确保测试过程中其结构不因受力过度而损坏。

A Fiber Bragg Grating Loop Force Sensor with Concave Locking Structure

【技术实现步骤摘要】
一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器
本技术涉及光纤光栅测力环的测量设备，尤其涉及一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器。
技术介绍
目前，在结构工程领域中，对结构力学测试的应用非常广泛，它们的受力大小及分布变化能最直接地反映结构的健康状况。光纤光栅是二十世界末测试领域最重要的专利技术之一。近年来,成为世界研究热点的结构健康监测为光纤光栅传感技术在土木工程领域的应用提供了机遇。然而,如何结合光纤光栅的感知特性和土木工程健康监测的测试需要研制开发性能稳定可靠、耐久性好的工程化传感器并应用于重大工程中是目前重要的课题。现有光纤光栅拉力传感器没有设置防止拉力过大的保护结构，受力一旦超过量程时会发生断裂而影响拉力测量。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提供一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，本技术在测力环型结构上按一定间距排布光纤Bragg光栅可实现对单方向上的应力应变分布测试，并通过一个凹形锁止结构，在测试过程中限制传感器所受应力应变在额定范围内，从而保护传感器结构。本技术提供的带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，T型杆体穿入光纤光栅测力环(环状弹性体)，环状弹性体放置于凹型托盘上，凹型托盘用螺母经螺孔紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅贴于环状弹性体上，光纤光栅通过光纤引出。本技术中将T型杆体受力产生的位移，转化为T型杆体上端对光纤光栅测力环的压力，压力产生的形变可转化为FBG的峰值波长漂移以进行调制。从而实现了受力物的应力应变的在线测试。此外，凹形托盘对T型杆体具有支撑锁止作用，使得其具有在超出最大受力范围情况下对传感器弹性结构的保护作用。本技术的技术方案如下：一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，所述传感器包括传感系统和凹形托盘3，所述传感系统包括T型杆体1、光纤光栅测力环4、光纤Bragg光栅5和光纤6，其中，T型杆体1穿入光纤光栅测力环4和凹形托盘3，光纤光栅测力环4置于凹形托盘3的凹槽内，凹形托盘3螺母和螺孔紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅5贴于光纤光栅测力环4上，光纤Bragg光栅5通过光纤6引出。进一步地，所述光纤光栅测力环4上沿轴向设置4个光纤Bragg光栅5，4个光纤Bragg光栅5位置上彼此间隔90°。进一步地，所述凹形托盘3的凹槽比光纤光栅测力环4高0.5～1.5mm，从而实现在环状弹性体受力达到其最大受力范围时，受力压缩至与凹形托盘高度相同，T形杆体由凹形托盘支撑，从而保护环状弹性体受力不超过其最大受力范围。进一步地，所述凹形托盘为圆柱形，底部边缘设有凸台，凸台经螺母和螺孔紧固在被测物的固定结构上。本技术的工作原理如下：所述传感器测力过程中，被测物的应力应变主要由T型杆体下端受力，并由T型杆体顶端传递至环形弹性体，使得环形弹性体敏感元件受到轴向压力时，产生轴向应变，引起光纤Bragg光栅中心波长漂移，光纤Bragg光栅通过输入输出光纤与信号处理装置光链接。利用解调器得到的光纤Bragg光栅中心波长漂移值的情况，即可获得待测物理量的变化情况。应变引起的光纤Bragg光栅波长的漂移由公式：上式中，Pe为光纤的弹光系数，它是由制作光栅的材料决定的；λB为光纤光栅不受应变作用下的中心波长，ΔλB为应变引起的波长漂移，ε为外加轴向应变Kε为光纤光栅应变相对灵敏度系数。此外，在测力环上安装FBG温度传感器可用于温度补偿，温度的变化引起光纤布拉格光栅波长的漂移由公式：式中α为光纤光栅的热膨胀系数，是常数，ξ为光纤光栅的热光系数，是常数；ΔT为温度变化量，Kt为光纤光栅温度相对灵敏度系数。由上述公式知，光纤Bragg光栅的波长与应变、温度、变化具有线性关系，即光纤Bragg光栅具有优良的线性输出特性。光纤光栅测力环是由40Cr材料制成的环状弹性体，在光纤光栅测力环表面布设了4个贴片式光纤Bragg光栅应力传感器，传感器的布设方向与光纤光栅测力环的轴向一致，位置上彼此间隔90°；同时布设FBG温度传感器，使其与FBG应变传感器处于同一温度场下。所述光纤光栅测力环具有以下功能特点：a.光纤光栅传输的是全光信号信噪比高，长期稳定性好；b.在光纤光栅测力环上安装多个FBG应变传感器，因此，它既可测出总荷载，也可以测出各点的荷载分布情况；c.安装在测力环上的FBG温度传感器既可用于温度补偿，又可用于测温；d.光纤光栅测力环既可用于施工过程监测，也可用于长期实时监测。多个测力环可串接使用，能够实现远程索力的集中监测，并可方便组成索力测试网络。在实际使用中，光纤光栅测力环设置在T型杆体和凹型托盘之间，当在T型杆体下端施加应力F时，作用在测力环上的压力是N，根据力学原理，F＝N，测出N，就测出了被测物所受应力。光纤光栅测力环受压后发生弹性变形，FBG应力传感器与其协调变形。FBG的中心波长均发生漂移，在经过温度补偿后，FBG的中心波长漂移量就反映了作用在测力环上的压力大小。测出FBG中心波长的漂移量，根据标定的比例关系，便能够测算出测力环的受力大小，从而得出被测物传递到T型杆体上的应力。锁止结构的功能主要凹型托盘实现，凹型托盘的高度略高于环形弹性体在受到最大应力时的高度。实现了当应力即将超过环形弹性体的最大应力时，多余的应力分散到凹型托盘上，从而保护FBG测力传感器的结构。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：本技术提供的传感器具有凹形托盘结构，可以在测试被测物所受应力应变的同时，对光纤光栅测力环进行锁止保护，确保测试过程中其结构不因受力过度而损坏。传感器使用光纤光栅测力环即可测出总荷载，也可以测出各点的荷载分布情况。并且光纤光栅测力环既可用于施工过程监测，也可用于长期实时监测。附图说明图1是本技术提供的传感器的剖视图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术的技术方案做进一步详细说明。如图1所示，一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，包括T型杆体1、螺孔2、凹型托盘3、光纤光栅测力环4、光纤Bragg光栅5、光纤6。T型杆体1穿入光纤光栅测力环4，环状弹性体置于凹型托盘3上，凹型托盘3底部边缘设有凸台，凸台用螺母经螺孔2紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅5贴于环状弹性体4上，光纤Bragg光栅5通过光纤6引出。用光纤光栅信号处理装置获取光纤Bragg光栅的中心波长。光纤光栅测力环4上沿轴向设置4个光纤Bragg光栅5，4个光纤Bragg光栅5位置上彼此间隔90°。凹形托盘3的凹槽比光纤光栅测力环4高0.5～1.5mm。所述测力传感器的使用过程如下：可大致描述下。光纤光栅测力环置于凹形托盘中，托盘经由螺母与被测固定部分紧固。将T型杆体穿过测力环弹性体，侧力环下端也与托盘相连。本技术结构，将T型杆体受力产生的位移，转化为T型杆体上端对测力环弹性体的压力，压力产生的形变可转化为FBG的峰值波长漂移以进行调制。从而实现了受力物的应力应变的在线测试。此外，凹形托盘结构对T型杆体具有支撑锁止作用，使得其具有在超出最大受力范围情况下对传感器弹性结构的保护作用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，所述传感器包括传感系统，所述传感系统包括T型杆体(1)、光纤光栅测力环(4)、光纤Bragg光栅(5)和光纤(6)，其特征在于，所述测力传感器还包括凹形托盘(3)，所述T型杆体(1)穿入光纤光栅测力环(4)和凹形托盘(3)，光纤光栅测力环(4)置于凹形托盘(3)的凹槽内，凹形托盘(3)经螺母和螺孔紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅(5)贴于光纤光栅测力环(4)上，光纤Bragg光栅(5)通过光纤(6)引出；所述光纤光栅测力环(4)上沿轴向设置4个光纤Bragg光栅(5)，4个光纤Bragg光栅(5)位置上彼此间隔90°；所述凹形托盘(3)的凹槽比光纤光栅测力环(4)高0.5～1.5mm。

【技术特征摘要】
1.一种带凹形锁止结构的光纤光栅环形测力传感器，所述传感器包括传感系统，所述传感系统包括T型杆体(1)、光纤光栅测力环(4)、光纤Bragg光栅(5)和光纤(6)，其特征在于，所述测力传感器还包括凹形托盘(3)，所述T型杆体(1)穿入光纤光栅测力环(4)和凹形托盘(3)，光纤光栅测力环(4)置于凹形托盘(3)的凹槽内，凹形托盘(3)经螺母和螺孔紧固在被测物的固定结构上，光纤Bragg光栅(5)贴于光纤光...

【专利技术属性】
技术研发人员：李英娜，曹骁勇，赵振刚，李川，
申请(专利权)人：昆明理工光智检测科技有限公司，
类型：新型
国别省市：云南,53